Гидромеханика

Исходные данные для расчета:Qпр.н=135 м3/ч - нормальный приток в водосборник системы главного водоотлива;Qпр. мах=185 м3/ч - максимальный приток в весенне-осенний период;Hг.=355 м - высота, на которую необходимо откачать воду (обычно равна глубине шахты).Вода - нейтральная. Схема водоотливной установки приведена на рисунке 1.Определение основных параметров насосной установки:Минимальная подача определяется, исходя из требования откачки нормального суточного водопритока не более, чем за 20 ч:Qmin=24∙Qпр.н20=24∙13520=162 м3/чОриентировочный напор насоса:H∕=Hгηтр=3550,94=376 мгде ηтр = 0,95 - к.п.д. трубопровода, обычные пределы изменения - 0,9-0,95.Определение марки насоса.Наносим точку с координатами Qmin, H на сводный график рабочих зон характеристик насосов ЦНС. Рисунок 2. Сводный график рабочих зон характеристик центробежных насосов.Рабочая точка попадает в рабочую зону насоса ЦНС 180-85-425.Из таблицы 1 приложения выписываем основные характеристики насоса ЦНС 180-85-425:- напор на одно колесо Hк = 42,5 м;- напор на одно колесо при нулевой подаче Hко = 47 м;- номинальное значение к.п.д. ηн =0,7;- предельно допустимая высота всасывания Hв.доп = 5 м,- синхронная частота вращения двигателя - 1475об/мин.- число рабочих колес насосаz=H∕Hк=37642,5=8,84≈9Напор насоса при нулевой подачеH0=z⋅Hко=9⋅47=423 мПроверяем выбранный с 9-ю колесами насос на устойчивость рабочего режима. Рабочий режим считается устойчивым, если выполнено условие:Hг≤0,95∙H0355≤0,95∙423355≤402Условие выполнено. Рабочий режим насоса будет устойчивым.Выбор труб и водоотливной арматуры.Произведем выбор арматуры согласно типовому проекту установки главного водоотлива (рисунок 1). Первый участок - всасывающий трубопровод. Определим его внутренний диаметр, исходя из экономически выгодной скорости воды:dв=4∙Qπ∙υm∙3600=4∙1623,14∙1,0∙3600=0,239 мгде: υm = 0,9÷1,2 м/с, скорость во всасывающем трубопроводеQ = Qm =162 м3/чПо ГОСТ 8732-78 принимаем трубы d = 0,273 м, с внутренним диаметром 0,245 м, толщиной стенки 0,014 мм. (таблица 2 приложения).Диаметр трубопровода d = 245 мм и всасывающего патрубка насоса dп.в. = 150 мм (таблица 1 приложения). разной величины, для подсоединения насоса к всасывающему трубопроводу необходима дополнительная арматура - переходник, так как переходник с большего на меньший диаметр, устанавливаем конфузор.Согласно типовому проекту насосной камеры на первом участке расположена следующая водоотливная арматура: всасывающий клапан с сеткой, колено под 135°, конфузор. Значения коэффициентов сопротивлений принимаем по таблице 3 приложения.АрматураКоэффициент местногосопротивления, ξКлапан приемный с сеткой………………………………..4,4Колено сварное составленное 135°……………………0,091Переходник (конфузор)………………………………… 0,07Всего:ξ=4,56Длина всасывающего трубопровода l = 13м.Второй участок - нагнетательный трубопровод в насосной камере и трубном ходке.Внутренний диаметр труб:dв=4∙Qπ∙υm∙3600=4∙1623,14∙2,2∙3600=0,161 мгде: υm = 2,0÷2,5 м/с , скорость в нагнетательном трубопроводеQ = Qm =162 м3/чПо ГОСТ 8732-78 принимаем трубы d = 0,180 м, с внутренним диаметром 0,164 м, толщиной стенки 0,008 м. (таблица 2 приложения).Диаметр трубопровода d = 0,164 м и всасывающего патрубка насоса dп.в. = 0,150 м (таблица 1 приложения). разной величины, для подсоединения насоса к всасывающему трубопроводу необходима дополнительная арматура - переходник, так как переходник с меньшего на больший диаметр, то устанавливаем диффузор.Длина второго участка l = 35 м.На втором участке расположена следующая арматура:АрматураКоэффициент местногосопротивления, ξПереходник (диффузор)………………………………...0,017Задвижка (2 шт.)………………………………………… 0,09∙2=0,18Тройник (3 шт.)………………………………………….. 0,35∙2 +1,5=2,2Клапан обратный………………………………………...6,5Колено сварное составленное 90° (2 шт.)……………… 0,156∙2 =0,312Всего:ξ=9,21Третий участок – нагнетательный трубопровод в шахтном стволе и на поверхности.Длина третьего участка l = 150 м. Диаметр трубопровода участка аналогично диаметру второго участка. На третьем участке установлено колено сварное составленное 135°, сопротивление которого = 0,078 и колено сварное составленное 90° сопротивление которого = 0,156. Кроме этого третий участок, его окончание на поверхности и происходит выход выкачиваемой среды в неограниченное пространство. Для такого случая сопротивление принимают = 1.Всего:ξ=1,234Определение характеристики сетиХарактеристика внешней сети водоотливной установки имеет вид:H=Hг+R∙Q2, мR=R1+R2+R3где: R,R1,R2,R3 – общее сопротивление сети, сопротивление первого, второго и третьего участка.R1=Aдл.1∙l1+Aместн.1∙i=1nξгде: l1 – длина трубопровода, м Aдл.1 – коэффициент сопротивления по длине трубопровода;Aдл.1=8∙λ36002∙π2∙g∙d5где: λ – коэффициент гидравлического сопротивления трубы. Принимаем как для труб, бывших в употреблении. Это связано с периодом эксплуатации и изменением внутренней поверхности труб.λ=0,021d0,3Aместн.1 – коэффициент местных сопротивлений трубопроводов.Aместн.1=836002∙π2∙g∙d4i=1nξ- сумма местных сопротивлений рассчитываемого участка.Первый участок – всасывающий трубопроводλ=0,0210,2450,3=0,032Aдл.1=8∙0,03236002∙3,142∙9,81∙0,2455=2,31∙10-7 ч2/м5Aместн.1=836002∙3,142∙9,81∙0,2454=1,77∙10-7 ч2/м4i=13ξ=4,56R1=2,31∙10-7∙13+1,77∙10-7∙4,56=3,81∙10-6 ч2/м5Второй участок – нагнетательный трубопровод в монтажной камереλ=0,0210,1640,3=0,036Aдл.2=8∙0,03636002∙3,142∙9,81∙0,1645=1,93∙10-6 ч2/м5Aместн.2=836002∙3,142∙9,81∙0,1644=8,82∙10-6 ч2/м4i=19ξ=9,21R2=1,93∙10-6∙35+8,82∙10-6∙9,21=1,48∙10-4 ч2/м5Третий участок в наклонном ходке, стволе шахты и на поверхности R3=Aдл.3∙l3∙Aместн.3 считая, что местные сопротивления составляют 10% от сопротивления по длине.Aдл.3=Aдл.2=1,93∙10-6 ч2/м5R3=1,93∙10-6 ч2/м5∙150∙1,1=3,18∙10-4 ч2/м5 Общее сопротивление сети:R=3,81∙10-6+1,48∙10-4+3,18∙10-4=4,70∙10-4 ч2/м5Таким образом характеристика сети имеет вид:H=355+0,00047∙Q2Нахождение рабочей точки насосной установкиНа графике в одном масштабе построим действительную характеристику насоса для девяти рабочих колес и характеристику сети. Для построения характеристики сети зададимся разными значениями напора Q и построим характеристику сети H. Данные сведем в таблицу 1.Таблица 1Q, м3/ч050100150200250300Q20250010000225004000062500900004,70∙10-4 ∙Q201,174,7010,5718,8029,3742,3H, м355,0356,17359,70365,57373,80384,37397,3В точке пересечения характеристики сети и насоса отметим рабочую точку А и произведем считывание данных с осей координат. Полученная точка с координатами Qр=260 м3/ч ; Hр=388 м; ηр=0,55 . Характеристика внешней сети и насоса с одним рабочим колесом и девятью рабочими колесами представлена на рисунке 1.Определим действительную высоту всасыванияHв.д.=3,5+R1∙Qр2=3,5+3,81∙10-6∙2602=3,75 мТак как Hв.д.